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위기를 헤쳐 나가는 힘, 기본으로부터…

  • 작성자최고관리자
  • 작성일2020-04-14 10:33
  • 분류With KRISSian
  • 조회수903

위기를 헤쳐 나가는 힘, 기본으로부터…
- KRISS 첨단측정장비연구소 반도체측정장비팀 -

 

 

 

 

 

   

 

‘첨단산업’을 위 한, ‘첨단 측정장비’를 개발하는 사람들    

 

인공지능·사물인터넷·자율주행차 같은 4차 산업혁명 기술의 핵심에 있는 반도체는 우리나라 소재·부품·장비(이하 소·부·장) 산업의 중심축이라 해도 과언이 아니다. 그리고 모든 분야의 산업이 그렇듯 ‘측정’은 반도체 산업의 근간이 된다. 측정은 반도체의 품질을 결정하는 핵심기술이라 할 수 있다.  

 

“첨단측정장비연구소는 이름 그대로 ‘첨단 측정장비’를 연구하는 곳입니다. 우리나라에서 첨단산업이라면 반도체, 디스플레이가 대표적이잖아요. 저희는 이런 첨단산업에서 필요로 하는 측정기술과 계측장비를 개발하고 있습니다(강상우 첨단측정장비연구소장)”  

 

산업응용측정본부, 물리표준본부 등 KRISS 내에 반도체 관련 연구를 하는 곳은 많다. 그중에서 반도체측정장비팀의 특징이라면 어떤 상용 장비를 활용해 분석하거나 이론적인 연구를 하는 것이 아니라 측정장비 자체를 개발한다는 점이다. 진공펌프의 특성을 평가하거나, 분자 단위 미소량의 불순물을 측정하거나, 플라즈마를 모니터링하는 등 실제 반도체 및 디스플레이 생산 공정에서 측정·모니터링하는 데 필요한 기술이 이들의 연구개발 대상이다.

 

 

진공펌프 종합특성평가시스템
▲ 진공펌프 종합특성평가시스템

 

 


이는 일본의 소·부·장 수출규제 위기를 극복하기 위한 해결책 마련에 매우 기본적인 조건이기도 하다. 반도체측정장비팀이 ‘소재·부품·장비 국가연구실(N-Lab)’로 지정된 이유는 바로 여기에 있다.  

 

“N-Lab은 기본적으로 전문기술을 보유한 연구실을 육성하는 겁니다. 우리 반도체측정장비팀은 전문적인 기술을 가지고 있으면서 소·부·장에 대한 성능검증이 가능한 인프라를 갖추고 있어 N-Lab으로 지정된 것이라고 할 수 있어요(제갈원 박사)”  

 

차세대 반도체 소자 공정용 측정 센서 및 시스템은 해외 의존도가 높은 것이 현실이다. 반도체 분야의 공정 수준이 장비가 구현할 수 있는 수준을 넘어서고 있는 상황도 국내 측정기술 기반의 센서 및 시스템 개발에 대한 요구를 증폭시키고 있다. 또한, 센서 및 시스템 개발과 함께 측정되는 데이터의 신뢰성을 보장하기 위한 표준기술 적용도 필수적이기에 반도체측정장비팀의 역할은 더욱 중요하다.

 


반도체측정장비팀이 가져온 반도체 업계의 변화  

 

반도체측정장비팀이 만들어진 것은 2018년, 올해로 3년 차다. 역사는 길지 않지만 그동안 거둔 성과는 적지 않다. 웨이퍼형 온도 센서·반도체 공정 가스·케미컬 센서, 반도체 공정 오염 입자 실시간 측정센서, 반도체 박막 두께 및 광물성 측정센서 등 반도체 및 디스플레이 제조공정 중 측정·모니터링에 필요한 기술적 난제 해결을 위한 핵심기술들을 개발했다. 이뿐만 아니라 수많은 논문 및 특허, 기술이전 실적을 쌓아왔다.  

 

“기존에는 플라즈마를 진단할 수 있는 기준 자체가 없었어요. 상태변화 양상을 보면서 문제가 있는지 없는지를 판단하는 수준이었죠. 그러던 중에 10여 년 전 KRISS에 플라즈마팀이 구성되면서 플라즈마를 정밀측정할 수 있는 기준을 만들었습니다. 그러다 보니 대기업과 협업도 많이 진행하게 됐어요(강상우 소장)”  

 

플라즈마팀의 탄생은 국내 반도체 업계에 큰 변화를 가져왔고, 그 맥을 이은 반도체측정장비팀은 꾸준히 기업과의 협업을 해왔다.


“공정 플라즈마를 정밀하게 측정할 수 있는 기술을 저희 팀에서 보유하고 있어요. 국내 대기업에서 공정을 모니터링 할 때 저렴하면서도 신속하게 즉각적으로 모니터링 할 수 있는 센서를 개발했는데 그 센서의 정확성을 평가할 수 있는 기술이 없어 저희가 비교평가를 해줬었죠(문지훈 박사)”  

 

“빛의 편광을 이용해서 박막의 두께, 나노패턴 형상을 측정하는 타원계측기라는 게 있어요. 빛을 이용하기에 비파괴적으로 신속하게 측정할 수 있어 반도체 제조회사에서 많이 쓰고 있죠. 그런데 문제는 기계의 종류도 다양하고 회사마다 운용방식도 다 달라서 표준화가 안 되어 있다는 거예요. 그런데 저희가 최근에 타원계측기를 여러 파장에 대해 측정할 수 있는 표준을 만들고 기준장치를 개발했습니다. 인증표준물질은 개발 중이고요(조용재 박사)”  

 

이외에도 반도체 공정에서 발생하는 나노입자의 부산물들을 실시간으로 측정할 수 있는 센서 개발을 진행해 현재 기술이전을 앞두고 있다.

   

  반도체측정장비팀은 반도체 공정장비 및 계측장비의 융복합화 장비 개발을 위한 센서 및 계측기술을 연구하고 있다.

▲ 반도체측정장비팀은 반도체 공정장비 및 계측장비의 융복합화 장비 개발을 위한   센서 및 계측기술을 연구하고 있다.  

 

 

기업과 분리해서 연구할 수 없는 분야이다 보니 애로사항도 있다. 강상우 소장은 “우리만 잘한다고 해서 의미가 커지는 분야가 아니다. 플라즈마를 이용하는 기업들의 발전이 빠르게 진행되고 있기에 그보다 앞서서 기술을 개발해야 한다”라면서 기업과 협력 모델을 만들어가는 것의 중요성을 강조했다. 연구개발뿐만 아니라 활용 측면의 변화, 즉 기업의 수요를 파악하기 위한 활동도 게을리 할 수 없다는 얘기다. 중소기업과 대기업을 연결하는 과정에서 양측의 생각하는 시각과 수준의 차이를 맞춰나가는 부분도 반도체측정장비팀의 애로사항이다. 이 과정에서 많은 시간과 인력이 소요된다. 자원이 한정되어 있기에 선택과 집중을 할 수밖에 없다 보니 아쉬운 마음이 크다.  

 

  기업과
▲ 기업과 분리해서 연구할 수 없는 분야이기에
피할 수 없는 애로사항에 대해 얘기하는 팀원들

 


위기를 함께 헤쳐나갈 든든한 지원군  

 

반도체측정장비팀은 N-Lab으로서 소·부·장 산업 기술지원과 함께 실증 테스트 베드1) 지원을 시작했다. 실증 테스트 베드를 통해 더 많은 기업이 더 큰 효과를 얻을 수 있도록 하기 위해서는 해결 과제가 남아 있다.  

 

1) 새로운 기술·제품·서비스의 성능 및 효과를 시험할 수 있는 환경 혹은 시스템  

 

“중소기업에서는 정부에서 운영하는 테스트 베드니까 평가받아서 통과되면 바로 대기업에 판매 가능하다고 생각할 수도 있어요. 하지만 앞서 말씀드렸듯이 중소기업과 대기업의 눈높이가 다르다는 점이 문제입니다. 평가받을 수 있는 일정 수준에 못 미치는 경우가 많아요. 그렇기에 기초성능평가를 더 확대해야 한다고 생각합니다. 그래야만 처음 시작하는 기업이나 중간 수준의 중소기업들도 계속 테스트 베드를 이용하면서 데이터베이스를 쌓아나갈 수 있죠. 그렇게 된다면 그 데이터베이스를 바탕으로 좋은 성과를 낼 수 있으리라 생각합니다(강상우 소장)”  

 

“기존 반도체 산업에서는 측정기술보다 공정기술을 중시했습니다. 측정은 외산장비로 해도 충분했으니까요. 하지만 3차원 반도체가 나오고 점점 복잡해지면서 측정도 공정도 잘 안 되는 문제에 봉착했고, 이 문제를 외산장비로 해결하기에는 시간이 오래 걸리는 문제가 있었죠. 그러다 보니 국내 측정기술 요구가 점점 커졌어요. 또 한 가지 주목할 점은 기존에는 공정 중 측정과 공정 후 측정이 분리된 이원화 체계였는데 앞으로는 이 둘이 합쳐지면서 인공지능이나 빅 데이터를 활용한 새로운 시스템 도입이 요구되고 있다는 점입니다. 이런 것들을 실현하려면 핵심적인 측정기술들이 필요합니다. 그런
부분들에서 저희 팀이 기여할 수 있는 기회가 많지 않을까 생각합니다(조용재 박사)”  

 

반도체 산업은 국가주력산업으로서 4차 산업혁명의 최대 수혜산업으로 꼽힌다. 그러나 일본의 수출규제, 미래 반도체 소자의 3D 미세공정 고도화에 따른 난제 봉착, 중국의 반도체 굴기 등 위기에 직면해 있기도 하다.  

 

반도체측정장비팀은 반도체 제조공정용 측정·진단센서 연구개발 및 보급을 통해 우리나라 반도체 산업이 지금의 위기를 헤쳐갈 수 있도록 지원해 나가려 한다.  

 

“국내 반도체 산업계가 처한 현실을 열심히 지원하는 것이 급선무라고 생각합니다. 1차 연도에는 현장에서 밀접하게 기술지원을 하는 데 힘썼는데, 앞으로는 더 적극적으로 지원해나가야겠죠. 사회에서 정말 필요로 하는 역할을 하는 것, 현장의 애로사항을 해결해주는 것이 저희 목표이고 바람입니다(제갈원 박사)”  

 

우리나라 반도체 산업의 경쟁력 강화를 위해 해야 할 일이 무엇인지 찾고 고민하고 실천하는 사람들. 반도체측정장비팀은 그들 앞에 놓인 커다란 임무를 기꺼이 그리고 기쁜 마음으로 수행해나갈 것이다.  

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